CN111466632A - 一种季铵盐聚合物杀菌口罩 - Google Patents

一种季铵盐聚合物杀菌口罩 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种季铵盐聚合物杀菌口罩，包括口罩本体及连接在所述口罩本体两侧的耳带，其中，所述口罩本体包括由内向外依次设置的内无纺布层、内杀菌层、阻隔层、外杀菌层和外无纺布层，所述内杀菌层与所述外杀菌层均为由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布，所述阻隔层为由含氟聚合物制成的纳米级薄膜。本发明以由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布为内杀菌层和外杀菌层具有吸附、杀菌的作用，可对微生物进行杀灭；以由含氟聚合物制成的纳米级薄膜为阻隔层可阻隔粉尘、阻挡微生物，还具有疏水性、可进行清洗；从而本发明的季铵盐聚合物杀菌口罩具有多重防护功能，可进行重复利用。

Description

一种季铵盐聚合物杀菌口罩
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种季铵盐聚合物杀菌口罩。
背景技术
因流感病毒、新型冠状病毒可通过唾液飞沫等传播途径导致人传染人；在流感病毒、新型冠状病毒引起的疾病高发期，人们需要佩戴口罩出行避免传染或被传染。因此，对口罩的需求量非常大，但市面上的口罩质量参差不齐。目前，医用口罩多由无纺布材料制成，如聚丙烯(Polypropylene，简称PP)，其一般具有多层结构，如SMS结构：S表示纺粘层，用作口罩的内层和外层，主要起支撑作用，其采用的纤维的直径一般比较粗；M表示阻隔层或熔喷层，用作口罩的中间层，是口罩的最重要的部分，对防止细菌、血液渗透或浮尘的进入起着至关重要的作用，其采用的纤维的直径一般比较细。S层过多或过厚时，口罩就比较硬，将会造成与脸部贴合性不佳；M层过多或过厚时，会导致呼吸不畅。对于目前市面上的口罩，其隔绝效果的好坏常从口罩呼吸的难易程度来判断，呼吸越困难，则阻隔效果更好，但是，如果M层的纤维太细，整个M层成为薄膜的话，隔绝效果是实现了，将会导致呼吸不畅。带有呼吸阀的口罩虽然可以解决呼吸不畅的问题，但从佩戴者的口腔/鼻孔出来的飞沫可通过呼吸阀不经过滤直接泄露到外面，若佩戴者为病毒感染者，将存在对他人造成感染的风险。此外，市售口罩多为一次性口罩，隔几个小时就需要更换，不仅资源浪费，废口罩的处理也非常的麻烦；其一般仅具有起到过滤、阻挡的作用，不具有杀菌、杀灭病毒的性能。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种季铵盐聚合物杀菌口罩，旨在解决现有口罩存在功能单一、不能重复利用的问题。
本发明的技术方案如下：
一种季铵盐聚合物杀菌口罩，包括口罩本体及连接在所述口罩本体两侧的耳带，其中，所述口罩本体包括由内向外依次设置的内无纺布层、内杀菌层、阻隔层、外杀菌层和外无纺布层，所述内杀菌层与所述外杀菌层均为由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布，所述阻隔层为由含氟聚合物制成的纳米级薄膜。
有益效果：本发明采用由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布为内杀菌层和外杀菌层可对微生物进行杀灭，具有吸附、杀菌的作用；采用以由含氟聚合物制成的纳米级薄膜为阻隔层具有阻隔粉尘，阻挡微生物，同时其具有疏水性、可进行清洗；从而使得本发明在口罩本体设置有上述功能层的季铵盐聚合物杀菌口罩具有多重防护功能，可进行重复利用。
附图说明
图1为本发明实施方式中，一种季铵盐聚合物杀菌口罩的口罩本体的截面结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种季铵盐聚合物杀菌口罩，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种季铵盐聚合物杀菌口罩，包括口罩本体及连接在所述口罩本体两侧的耳带，其中，所述口罩本体的结构如图1所示，包括由内向外依次设置的内无纺布层、内杀菌层、阻隔层3、外杀菌层4和外无纺布层5，所述内杀菌层2与外杀菌层4均为由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布，所述阻隔层3为由含氟聚合物制成的纳米级薄膜。
本实施例中，采用由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布为内杀菌层和外杀菌层可对微生物进行杀灭，具有吸附、杀菌作用；采用以由含氟聚合物制成的纳米级薄膜为阻隔层具有阻隔粉尘，阻挡微生物，同时其具有疏水性、可进行清洗；从而使得在口罩本体设置有上述功能层的季铵盐聚合物杀菌口罩具有多重防护功能，可进行重复利用。
在一种实施方式中，内纺布层1和外无纺布层5可以但不限于由聚酯纤维、聚酰胺纤维、碳纤维、玻璃纤维、甲壳素纤维、亚麻纤维和聚丙烯中的至少一种构成。采用上述材料构成的无纺布层可为口罩提供支撑作用，使得口罩佩戴时或收纳时不容易变形。
在一种实施方式中，所述含氟聚合物可为但不限于聚四氟乙烯、四氟乙烯的共聚物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯的共聚物、聚三氟氯乙烯或三氟氯乙烯的共聚物。如聚四氟乙烯(PTFE)。上述含氟聚合物制成的纳米级薄膜可为多孔材料，孔径小于100μm，其阻挡性和疏水性好，可起到物理阻隔飞沫、微生物和尘埃的作用，耐磨，耐水，耐醇，可清洗；以其为阻隔层将为口罩带来阻隔粉尘、阻挡微生物及进行清洗的功能效果。
在一种实施方式中，所述季铵盐聚合物杀菌口罩的外形为平面型或折叠型。
在一种实施方式中，所述季铵盐聚合物选自
Figure BDA0002410056810000041
Figure BDA0002410056810000042
中的至少一种，其中，R可为但不限于H、烷基或卤代烷基，R1-R10可独立的选自但不限于苄基、取代苄基、烷基、卤代烷基和卤代芳基中的一种，X-可为但不限于F-、Cl-、Br-、I-、H2PO4 -、1/2[HPO4 2-]、1/3[PO4 3-]、HSO3 -、HCO3 -或1/2[CO3 2-]，n为整数且2≤n≤10000。仅作为举例，所述季铵盐聚合物可为但不限于
Figure BDA0002410056810000043
Figure BDA0002410056810000051
上述季铵盐聚合物具有很好的杀菌作用，以其与醋酸丁酸纤维素、聚丙烯制成的熔喷无纺布作为阻隔层具有吸附、杀菌作用，可对吸附在口罩上的微生物及病毒进行杀灭，为口罩带来吸附、杀菌的功能效果。
具体地，当X-＝F-、Cl-、Br-或I-时；P1可按照反应通式(1)制备得到，
Figure BDA0002410056810000052
P2可按照反应通式(2)制备得到，
Figure BDA0002410056810000053
P3可按照反应通式(3)制备得到，
Figure BDA0002410056810000061
P4可按照反应通式(4)制备得到，
Figure BDA0002410056810000062
可以通过与上述获得的X-＝F-、Cl-、Br-或I-的季铵盐聚合物进行阴离子交换，从而获得X-＝H2PO4 -、1/2[HPO4 2-]、1/3[PO4 3-]、HSO3 -、HCO3 -或1/2[CO3 2-]的季铵盐聚合物。
在一种实施方式中，所述熔喷无纺布的制备方法包括步骤：
A、季铵盐聚合物和醋酸丁酸纤维素经挤出机熔融共混得到熔融纺丝原料a；
B、聚丙烯经挤出机熔融得到熔融纺丝原料b；
C、将熔融纺丝原料a和熔融纺丝原料b分别从两个喷嘴熔融挤出，经热气流超倍牵伸、冷却固化，形成纤维长丝，所述纤维长丝在接收装置上铺设成网，得到层状复合纤维网；
D、对所述层状复合纤维网进行热轧加固处理、纯化处理、二次热轧加固处理，得到所述熔喷无纺布。
在一种实施方式中，步骤A中，所述季铵盐聚合物与醋酸丁酸纤维素的质量比为1:0.5～1.5(如1:0.8)。
在一种实施方式中，所述挤出机为双螺旋杆挤出机。
在一种实施方式中，步骤C中，所述熔融纺丝原料a熔融挤出用的喷嘴的喷丝孔的直径为0.1～0.5mm(如0.25mm)，所述熔融纺丝原料b挤出用的喷嘴的喷丝孔的直径为0.1～0.6mm(如0.4mm)。
在一种实施方式中，步骤C中，所述热气流的温度为200～350℃(如280℃)，所述热气流的压力为0.1～0.5MPa(如0.3MPa)。
本发明实施例还提供一种如上所述的铵盐类高分子杀菌口罩的制备方法，包括步骤：
E、将内无纺布层、内杀菌层、阻隔层、外杀菌层和外无纺布层裁剪成相同大小后，按照由内至外依次为内无纺布层/内杀菌层/阻隔层/外杀菌层/外无纺布层进行叠层设置，然后对形成的叠层的四周进行压合，使叠层形成一个整体，得到口罩本体；所述内杀菌层与外杀菌层均为由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布，所述阻隔层为由含氟聚合物制成的纳米级薄膜；
F、在所述口罩本体的两侧缝制耳带，即得季铵盐聚合物杀菌口罩。
下面以具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1季铵盐聚合物P1-1(R＝H，R1＝CH3，R2＝C12H25)的制备
按照反应式(1-1)，
Figure BDA0002410056810000081
具体包括步骤:
(1)104g(1mol)的丙烯酰氯A-1溶解在200mL二氯甲烷中，滴加243g(1mol)等摩尔量的醇类衍生物A-2(溶解在200mL二氯甲烷中)，室温反应至监测原料反应完全，用氢氧化钠溶液中和至中性，分液，减压除去部分溶解二氯甲烷，得到A-3的粗产物，不经进一步处理直接下一步反应。
(2)向A-3的粗产物中滴加126g苄基氯A-4(溶解在150mL二氯甲烷中)，40℃下反应12h，浓缩，用***析晶，真空干燥，得到单体化合物A-5 402g，备用。
(3)将218g(0.5mol)单体化合物A-5溶解在200mL的无水甲醇中，搅拌下，滴加催化量的引发剂偶氮二异丁腈AIBN(溶解在甲醇中)，80℃下搅拌反应24h，再补加少量的引发剂，继续反应6h，反应结束后，浓缩除去溶剂，用丙酮析出固体，80℃真空条件下干燥，获得185g季铵盐聚合物P1-1。
P1中的其它季铵盐聚合物均可参照反应通式(1)和实施例1的步骤，并结合阴离子交换制备得到。
实施例2季铵盐聚合物P2-1(R3＝CH3，R4＝C12H25，R5＝苄基)的制备
按照反应式(2-1)
Figure BDA0002410056810000091
具体包括步骤：
(1)200g十二烷基甲氨(B-1，1mol)与170g苄基溴(B-2，1mol)溶解在400mL二氯甲烷中，分批加入40g的氢氧化钠，30℃下反应12h，反应结束后，用稀盐酸中和至中性，分离出有机相，水洗三次，减压除去溶剂，得到B-3的粗产物，不经进一步处理直接下一步反应。
(2)将B-3的粗产物和152g的对乙烯基苄基氯(B-4，1mol)溶解在400mL二氯甲烷中，室温反应24h，反应结束后用2M的氢氧化钠溶液中和至中性，分层，除去水相，浓缩有机相，用***析晶，得到382单体化合物B-5。
(3)221g(0.5mol)单体化合物B-5溶解在200L的无水甲醇中，搅拌下，滴加催化量的引发剂偶氮二异丁腈AIBN(溶解在甲醇中)，80℃下搅拌反应24h，再补加少量的引发剂，继续反应6h，反应结束后，浓缩除去溶剂，用丙酮析出固体，80℃真空条件下干燥，获得产品176g的季铵盐聚合物P2-1。
P2中的其它季铵盐聚合物均可参照反应通式(2)和实施例2的步骤，并结合阴离子交换制备得到。
实施例3季铵盐聚合物P3-1(R6＝苄基，R7＝C12H25)的制备
按照反应式(3-1)
Figure BDA0002410056810000101
具体包括步骤：
(1)97g二丙烯基胺(C-1，1mol)与248g的十二烷基溴(C-2，1mol)溶解在400mL二氯甲烷中，分批加入40g的氢氧化钠，30℃下反应12h，反应结束后，用稀盐酸中和至中性，分离出有机相，水洗三次，减压除去溶剂，再蒸馏得到无色透明溶液，即中间体化合物C-3。
(2)将中间体化合物C-3和126g的苄基氯(A-4，1mol)溶解在400mL乙醇-水(1:1)混合液中，80℃下反应12h，70℃下减压除去溶剂得到356g粘稠物，即单体化合物C-5。
(3)将186g单体化合物C-5(0.5mol)溶解在200mL，再加0.5g乙二胺四乙酸(EDTA)和1g KF，溶解后，加热至60℃，在2h内缓慢滴加20mL含过硫酸铵2g的水溶液，在N2氛围下反应4h，然后再加入10mL含过硫酸铵0.5g的水溶液，升温至65℃继续反应8h。滴入无水丙酮中沉析，然后在60℃下真空干燥至恒重，得143g粉末状的季铵盐聚合物P3-1。
P3中的其它季铵盐聚合物均可参照反应通式(3)和实施例3的步骤，并结合阴离子交换制备得到。
实施例4季铵盐聚合物P4-1(R8＝CH3，R9＝C12H25，R10＝对甲基苄基)的制备
按照反应式(4-1)
Figure BDA0002410056810000111
具体包括步骤：
(1)200g十二烷基甲氨(B-1，1mol)与184g对甲基苄基溴(D-2，1mol)溶解在400L二氯甲烷中，分批加入40g的氢氧化钠，30℃下反应12h，反应结束后，用稀盐酸中和至中性，分离出有机相，水洗三次，减压除去溶剂，得到D-3的粗产物，不经进一步处理直接下一步反应。
(2)将D-3的粗产物和76g的3-氯丙烯(D-4，1mol)溶解在400mL二氯甲烷中，室温反应24h，反应结束后用2M的氢氧化钠溶液中和至中性，分层，除去水相，浓缩有机相，用***析晶，得到326g单体化合物D-5。
(3)190g(0.5mol)聚合前体化合物D-5溶解在200mL的无水甲醇中，搅拌下，滴加催化量的引发剂偶氮二异丁腈AIBN(溶解在甲醇中)，80℃下搅拌反应24h，再补加少量的引发剂，继续反应6h，反应结束后，浓缩除去溶剂，用丙酮析出固体，80℃真空条件下干燥，获得149g季铵盐聚合物P4-1。
P4中的其它季铵盐聚合物均可参照反应通式(4)和实施例4的步骤，并结合阴离子交换制备得到。
实施例5基于季铵盐聚合物P1-1的熔喷无纺布的制备
(1)将质量比1:8为季铵盐聚合物P1-1和醋酸丁酸纤维素在双螺杆挤出机中熔融共混得到熔融纺丝原料a；
(2)将聚丙烯(PP)在双螺杆挤出机中熔融得到熔融纺丝原料b；
(3)将上述熔融纺丝原料a、熔融纺丝原料b从两个喷嘴熔融挤出，采用温度为280℃，压力为0.3MPa的热气流熔喷，在热气流的高速作用下熔体被拉长拉细，并通过与周围冷空气的热交换固化成纤维长丝，维长丝在接收装置上铺设成网，得到层状复合纤维网；其中，所述熔融纺丝原料a的喷嘴的喷丝孔直径为0.25mm，所述熔融纺丝原料b的喷嘴的喷丝孔直径为0.4mm；
(4)将上述得到的层状复合纤维网进行热轧加固处理，然后采用丙酮在60℃行萃取，去除前述步骤中的醋酸丁酸纤维素，最后再进行一次热轧加固处理，得到熔喷无纺布。
实施例6基于季铵盐聚合物P2-1的熔喷无纺布的制备
制备步骤同实施例5，不同之处在于：采用季铵盐聚合物P2-1替换季铵盐聚合物P1-1。
实施例7基于季铵盐聚合物P2-1的熔喷无纺布的制备
制备步骤同实施例5，不同之处在于：采用季铵盐聚合物P3-1替换季铵盐聚合物P1-1。
实施例8基于季铵盐聚合物P4-1的熔喷无纺布的制备
制备步骤同实施例5，不同之处在于：采用季铵盐聚合物P4-1替换季铵盐聚合物P1-1。
实施例9一种季铵盐聚合物杀菌口罩的制备
(1)采用聚丙烯制备内无纺布层和外无纺布层；
(2)采用实施例5～8中任一得到的熔喷无纺布制备内杀菌层和外杀菌层；
(3)采用聚四氟乙烯制备阻隔层；
(4)将上述各功能层裁剪成相同大小后，按照由内至外依次为内无纺布层/内杀菌层/阻隔层/外杀菌层/外无纺布层进行叠层设置，然后各功能层的四周进行压合，使各功能层形成一个整体，得到口罩本体。
(5)在口罩本体的两侧缝制耳带，即得季铵盐聚合物杀菌口罩。
该季铵盐聚合物杀菌口罩具有过滤、杀菌、阻隔等多重防护功能，清洗后可进行重复利用。
综上所述，本发明提供的季铵盐聚合物杀菌口罩，采用由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布为内杀菌层和外杀菌层具有吸附、杀菌的作用，可对吸附在口罩上的微生物进行杀灭；采用以由含氟聚合物制成的纳米级薄膜为阻隔层具有阻隔粉尘，阻挡微生物，同时其具有疏水性、可进行清洗；从而使得本发明的季铵盐聚合物杀菌口罩具有多重防护功能，可进行重复利用。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种季铵盐聚合物杀菌口罩，包括口罩本体及连接在所述口罩本体两侧的耳带，其特征在于，所述口罩本体包括由内向外依次设置的内无纺布层、内杀菌层、阻隔层、外杀菌层和外无纺布层，所述内杀菌层与所述外杀菌层均为由所述季铵盐聚合物、醋酸丁酸纤维素和聚丙烯制成的熔喷无纺布，所述阻隔层为由含氟聚合物制成的纳米级薄膜。
2.根据权利要求1所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，所述季铵盐聚合物选自
Figure FDA0002410056800000011
Figure FDA0002410056800000013
中的至少一种，其中，R为H、烷基或卤代烷基，R1-R10独立的选自苄基、取代苄基、烷基、卤代烷基和卤代芳基中的一种，X-为F-、Cl-、Br-、I-、H2PO4 -、1/2[HPO4 2-]、1/3[PO4 3-]、HSO3 -、HCO3 -或1/2[CO3 2-]，n为整数且2≤n≤10000。
3.根据权利要求2所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，所述季铵盐聚合物为
Figure FDA0002410056800000012
Figure FDA0002410056800000021
4.根据权利要求1所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，所述熔喷无纺布的制备方法包括步骤：
A、季铵盐聚合物与醋酸丁酸纤维素经挤出机熔融共混得到熔融纺丝原料a；
B、聚丙烯经挤出机熔融得到熔融纺丝原料b；
C、将熔融纺丝原料a和熔融纺丝原料b分别从两个喷嘴熔融挤出，经热气流超倍牵伸、冷却固化，形成纤维长丝，所述纤维长丝在接收装置上铺设成网，得到层状复合纤维网；
D、对所述层状复合纤维网进行热轧加固处理、纯化处理、二次热轧加固处理，得到所述熔喷无纺布。
5.根据权利要求4所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，步骤A中，所述季铵盐聚合物与醋酸丁酸纤维素的质量比为1:0.5～1.5。
6.根据权利要求4所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，步骤C中，所述熔融纺丝原料a熔融挤出用的喷嘴的喷丝孔的直径为0.1～0.5mm，所述熔融纺丝原料b挤出用的喷嘴的喷丝孔的直径为0.1～0.6mm。
7.根据权利要求4所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，步骤C中，所述热气流的温度为200～350℃，所述热气流的压力为0.1～0.5MPa。
8.根据权利要求1所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，所述含氟聚合物为聚四氟乙烯、四氟乙烯的共聚物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯的共聚物、聚三氟氯乙烯或三氟氯乙烯的共聚物。
9.根据权利要求1所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，所述内纺布层和外无纺布层由聚酯纤维、聚酰胺纤维、碳纤维、玻璃纤维、甲壳素纤维、亚麻纤维和聚丙烯中的至少一种构成。
10.根据权利要求1所述的季铵盐聚合物杀菌口罩，其特征在于，所述季铵盐聚合物杀菌口罩的外形为平面型或折叠型。
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